Теоретические основы проектирования и создания самовосстанавливающихся композитов специального назначения

Объект исследования Защита среды обитания человека от негативных воздействий внешней среды и продление срока службы строительных сооружений является приоритетной задачей строительного материаловедения. В рамках решения данных задач актуальна разработка самовосстанавливающихся высокопрочных бетонов. Новый научный подход заключается в трансдисциплинарных исследованиях с учетом основных положений научного направления «геоника» («геомиметика»). Геоника основывается на разработке природоподобных технологий при получении строительных бетонов нового поколения с использованием нового и традиционного видов сырья, а также использования имеющихся знаний из известных областей наук, таких как материаловедение, физика, химия, минералогия, физхимия и др. Оригинальный метод самовосстановления основан на кристаллизации новообразований в трещинах и пустотах дефектной структуры высокопрочного строительного композита. Планируется изучить две гипотезы: первая ‒ создание системы внутреннего ухода, где используется композиционное вяжущее, содержащее нано-, и микродисперсные минеральные добавки с физически и химически связанной водой, создавая благоприятные условия для гидратации непрореагировавших клинкерных минералов; вторая ‒ создание регулируемой структуры бетона, где внутренние коррозионные процессы (окисление компонентов, содержащих сульфид железа) дополняются внешними агрессивными воздействиями (жидкая фаза, содержащая окислитель). Рациональный подбор компонентов окислительно-гидратационного процесса обеспечит в трещинах и пустотах искусственного камня формирование вторичного кристаллического каркаса, способствуя увеличению его прочности, снижению деформаций под нагрузкой, уменьшению деформаций усадки, повышению трещиностойкости и долговечности. Цель работы Цель проекта – разработка комплексного научно обоснованного подхода направленного регулирования процессов структурообразования на нано-, мезо-, микро- и макро- масштабных уровнях за счет использования генетических особенностей природного и техногенного сырья при проектировании и эксплуатации самовосстанавливающихся высокопрочных бетонов. Ожидаемые результаты Ожидаемые результаты в ходе реализации проекта: 1. Разработка теоретических и методологических основ проектирования высокопрочных строительных композитов с системой самовосстановления, обеспечивающие долговечность бетонных и железобетонных конструкций, защищающие человека от природных и техногенных процессов окружающей среды. 2. Разработка новых критерий использования энергетического потенциала сырья различного генетического типа с целью технологически рационального и экономически обоснованного выбора для получения самовосстанавливающихся высокопрочных строительных композитов. 3. Разработка составов композиционных вяжущих при сокращении доли клинкерной составляющей и самовосстанавливающиеся высокопрочные композиты (предел прочности от класса В80, морозостойкость F300-350, водонепроницаемость от W12, истираемость до 4∙10-8 кг/м) на их основе. 4. Расширение группы дисперсных наполнителей, разработка новых органоминеральных модификаторов, состоящие из сырьевых компонентов природного и техногенного генезиса которые обеспечивают подобие (сопоставимость) свойств составляющих элементов высокопрочных композитов и высокое качество физических и физико-химических связей между цементной матрицей и заполнителями. 5. На основе термодинамического анализа установка оптимальных условий фазовых равновесий, параметров реакций гидратообразования вяжущих систем с участием сернистых соединений, определение температурно-концентрационных интервалов существования (синтеза, кристаллизации, разложения) кристаллических и аморфных фаз и выявлены стабильные фазы, служащие «залечивающим» раствором для заполнения трещин в бетоне. 6. Проведение химических методов исследования (аналитические и синтетические) кинетики фазообразования эттрингитоподобных фаз (ассоциаций железосодержащего трехсульфатного гидрата кальция) образующихся в порах и трещинах высокопрочного мелкозернистого бетона при условии влияния внешнего и внутреннего фактора. 7. Изучение процессов самовосстановления при деструкции высокопрочного бетона в условиях длительных механических нагрузок, а также при влиянии агрессивных растворов внешней среды. 8. Изучение процессов гидратации, фазо- и структурообразования на нано-, микро-, и макроуровнях при влиянии генетических особенностей сырья во взаимосвязи с изменением физико-механических свойств высокопрочных строительных композитов. 9. Разраьотка алгоритма и рекомендаций по реализации технологических решений для получения высокопрочного строительного композита с контролируемыми параметрами кристаллизации новообразований в порах и трещинах при регенерации. 10. Реализация оригинальных теоретических положений научного направления геоники (геомиметики), базирующиеся на природоподобных технологиях. Планируется апробация полученных результатов, которая будет проходить в условиях промышленных предприятий Белгородской области.